25100 (Рекомендации по утилизации шахтного метана для угольных шахт Кузбасса), страница 8

В настоящий момент несколько крупных и средних проектов по утилизации шахтного метана находятся в стадии развития или уже начали работу. Из них пять проектов подали заявки на регистрацию в комиссию, которой необходимо для получения углеродных квот.

Помимо Киотского Протокола государственное законодательство страны играет важную роль в развитии утилизации метана на угольных шахтах. С помощью цен на электроэнергию, субсидий или, наоборот, штрафов государство имеет возможность поощрять развитие проектов по утилизации шахтного газа. В большинстве стран основным препятствием к осуществлению утилизации метана являются низкие цены на энергоносители, поэтому с помощью специальных цен на экологически чистую электроэнергию государство может сделать проекты коммерчески привлекательными. Например, когда правительство Германии в 2000 г. приняло закон, повышающий цену на экологически чистую энергию в два раза, это послужило толчком к развитию дополнительных энергетических проектов на угольных шахтах общей мощностью более чем 200 МВт.

В некоторых странах, например в Соединенных Штатах, государство предлагает налоговые льготы компаниям, которые утилизируют шахтный газ.

В России стимулом для утилизации метана служит государственный налог, или «Плата за вредные выбросы», которая за последний год была сильно увеличена и в настоящий момент является ощутимой статьей расходов для угольной промышленности.

8 Блочная комплексная установка утилизации каптируемого метана

При подземной добыче угля угольной компании приходится бороться с шахтным метаном, который выделяется в процессе разработки угольных пластов. Так как метано-воздушная смесь является взрывоопасной при концентрации метана от 5 до 14% системы вентиляции стало недостаточно. Введение заблаговременной дегазации посредством бурения дегазационных скважин и вакуумного отсасывания позволило снизить нагрузку на системы вентиляции и дополнительно повлекло за собой увеличение производительности угольных шахт. Дегазация может проводиться посредством бурения вертикальных скважин в неотработанные и отработанные участки или горизонтальных и наклонных скважин из шахтного пространства.

Первый вариант. Производится откачка шахтного газа из стволов шахты вентиляторными установками. Концентрация метана (горючих газов) в данном газовом потоке составляет 0,75%, что делает непригодным этот газ для дальнейшего использования в связи с тем, что в газовом потоке, откачиваемом из шахты идет большое количество угольной пыли, которая негативно влияет на работу вакуумного насоса. Данную пыль необходимо удалять. Сепаратор устанавливается перед вакуум-насосом для удаления мельчайших частиц пыли и влаги.

Второй вариант. Использования сепаратора СЦВ-7 в системе дегазационного трубопровода когда метан по трубам подается на поверхность. Таким образом, происходит утилизация метана.

Концентрация метана в дегазационном трубопроводе составляет 25-40%, что делает возможным его дальнейшее использование в качестве топлива для газо-поршневых, газотурбинных установок, теплоэлектростанций. В данном случае также возникает проблема в работе вакуумного насоса и кроме того после вакуумного насоса газ необходимо подать в ГТУ, ГПУ, ТЭЦ, поэтому необходима его дальнейшая очистка.

Техническое решение конструкции сепаратора СЦВ-7 позволило увеличить эффективность очистки воздуха до 99.99%.

Для обогащения очищенного газа применяем мембранную технологию.

В основе разделения газовых сред с помощью мембранных систем лежит разница в скоростях проникновения компонентов газовой смеси через вещество мембраны. Процесс разделения обусловлен разницей в парциальных давлениях на различных сторонах мембраны. Половолоконная мембрана состоит из пористого полимерного волокна с нанесенным на его внешнюю поверхность газоразделительным слоем[6].

После обогащения метан поступает на одну из утилизационных установок.

метан сжигается в сжигательных установках, тем самым, предотвращая выделения в атмосферу вредного парникового газа;

производство тепла и электроэнергии;

КГУУ-5/8 предназначена для утилизации шахтного газа (действующих и закрытых шахт) через сжигания его в специальной камере и предотвращения этим выделения в атмосферу вредного парникового газа - метана (СН4).

КТЭС предназначен для выработки электроэнергии и дополнительно для производства тепловой энергии при использовании газа в качестве топлива. Для этого газ подается через систему трубопроводов на электрогенераторный агрегат. Газовый двигатель приводит в действие генератор. Производимая при этом избыточная электрическая энергия подается через трансформаторную станцию, расположенную на площадке, на общественную сеть электроснабжения.

Тепло воды охлаждения двигателя, формируемое в процессе его эксплуатации, отбирается через пластинчатый теплообменник, и используется для обогрева всего рабочего оборудования, либо отводится в атмосферу посредством дополнительных устройств охлаждения.

Если тепло, образуемое в процессе охлаждения смеси, равно как содержащееся в выхлопных газах не используется, то оно отводится в атмосферу.

В качестве теплоносителя в контурах охлаждения используется смесь воды с этиленгликолем (60% воды, 40% гликоля).

Для эффективного использования каптируемого метана по результатам анализа мирового и отечественного опыта предлагается блочная установка утилизации метана дает возможность не только сжигать метан в специальной камере тем самым, предотвращая выделения в атмосферу вредного парникового газа, но и для выработки электроэнергии и дополнительно для производства тепловой энергии при использовании газа в качестве топлива. Для этого газ подается через систему трубопроводов на электрогенераторный агрегат.

Рисунок 8.1 – Пример блочной установки

Данная блочная установка позволяет работать обеим установкам вместе как от общей энергосети, так и от газовой контейнерной теплоэлектростанции (КТЭС). Газ КТЭС поддается от компрессора КГУУ-5/8, а излишнее количества газа, отсасываемого компрессором, сжигается в самой КГУУ-5/8.

Блочная установка может отсасывать газ непосредственно из дегазационной скважины одной установкой или несколькими параллельно работающими установками. Кроме этого, может подключаться к дегазационному трубопроводу впереди или позади передвижной поверхностной вакуумно-насосной станции (ППНС).

Сравнительная экономическая оценка различных технологий утилизации шахтного метана

Вступление в действие с 01.01.2008г. Киотского протокола открывает новые возможности для дегазации и утилизации шахтного метана. Подготовительный период с 2002 г. к торговле эмиссионными единицами сокращения выбросов (ЕСВ = 1 т С02) позволяет сделать первые выводы по возможностям утилизации шахтного газа:

Готовые к реализации технологии утилизации шахтного метана предназначены для концентрации метана более 25 %(мини-ТЭС, котельные, калориферы, экологические факелы). При реализации данных технологий в эмиссионных проектах совместного осуществления (ПСО) более 60% прибыли получают в настоящее время от продажи сертификатов ЕСВ.

Шахтный газ с концентрацией метана более 25% имеется только на нескольких шахтах стран СНГ. Для достижения концентрации метана в 25 % на большинстве шахт, сверхкатегорийных по газу, необходимо многократно повысить эффективность дегазационных работ, которые в настоящее время зачастую проводятся некачественно.

Имеются отдельные теоретические разработки и эксперименты (с небольшим объемом газа) утилизации метана с концентрацией в пределах 0,8-0,9% (оксидайзеры). Данная технология требует еще больших теоретических и экспериментальных работ продолжительностью более 3-5 лет. Шахтный газ с концентрацией метана в 0,8-0,9% имеется на отдельных шахтах Кузбасса при комбинированном проветривании, но организацию его утилизации трудно реализовать, многие скважины с данной концентрацией находятся в удаленных от потребителя теплоэнергии районах[1].

Для утилизации шахтного газа нужны исследования по новым технологиям его утилизации при содержании метана менее 25%. Системно и с хорошей научной и экспериментальной базой проводятся исследования, по нашей информации, только в немецком государственном институте УМЗИХТ (экологии, безопасности и энергетики). Финансирование разработок по шахтному газу института по 2010г. осуществляет ЕС и частная фирма А-ТЕС Анлагентехник ГмбХ.

Фьючерсная цена эмиссионных сертификатов (ЕСВ) достигала максимальной величины в 25-30 евро/т СО,, хотя по прогнозам в 2002-2005 гг. предполагалась стоимость более 40 евро.

Инвестирование в утилизацию шахтного газа является наиболее рискованным бизнесом для углеводородных фондов, поэтому они просят до 50% получаемой прибыли. Успешно работающие угольные компании осуществляют самофинансирование эмиссионных проектов. Стоимость финансирования через инвесторов можно значительно уменьшить, если угольная компания перенимает более 50-60% инвестирования, что обязывает шахту к повышению надежности обеспечением газом.

Продажа эмиссионных сертификатов в настоящее время гарантируется только на период 2008-2012 гг. Что будет с эмиссионной торговлей после 2012 г, мы узнаем, скорее всего, только в 2010-2011 гг. Поэтому все задержки с реализацией ПСО после 01.01.2008 г. можно рассматривать как убытки от нереализованных возможностей.

В представленной после данной статьи рекламе указаны возможные доходы от утилизации шахтного метана при различных технологиях и условной эмиссионной цене 1 т С02 в 20 евро (фактическая цена на 18.10.2007г. составляла 23 евро).

При наличии потребителя всего тепла в течение целого года котельные являются наиболее эффективными установками, суточный доход по небольшой котельной на 10 мВт превышает 5 000 евро. К сожалению 100 % использование тепла в течение всего года возможно только в исключительных случаях.

Если исходить только из дохода на 1 м-СН4/мин, утилизируемого при различных технологиях, то на первом месте находятся кооперационные установки (мини-ТЭС). Однако при учете эксплуатационных и инвестиционных затрат, которые при мини-ТЭС в 5-8 раз выше, чем при котельных и дегазационно-факельных установках, эффективность когенерации значительно снижается.

В последние 5 лет, вследствие значительного роста стоимости электроэнергии, выросла экономическая эффективность мини-ТЭС в Украине и России. Однако в связи с большими удельными капитальными и эксплуатационными затратами через ТЭС можно утилизировать максимум 70-80% СН4, а остаток, переменную объемную часть шахтного метана, целесообразно утилизировать через экологические факельные установки. Если имеются проблемы со сбытом электроэнергии ночью, что уже наблюдается в отдельных угольных районах, то количество утилизируемого газа через факельные установки целесообразно увеличить.

К преимуществам факельных установок следует отнести и то, что область их применения значительно шире, чем у котельных и мини-ТЭС. Они могут работать и на скважинах, шахтного поля вдали от населенных пунктов, требования к стабильности шахтного газа у них существенно ниже. Суточный доход от реализации эмиссионных сертификатов может превышать 3-4тыс. евро на одну экологическую дегазационно-эмиссионную установку.

Данные установки не только улучшают нашу экологию, но и способствуют дегазации действующих шахт.

С учетом неопределенности продолжительности эмиссионной торговли и целесообразной максимальной утилизации уже с 01.01.2008г., существенной разницы в капитальных и эксплуатационных затратах различных технологий утилизации, больших сроков подготовки и изготовления мини-ТЭС можно рекомендовать, начинать утилизацию с экологических факельных установок и котельных, калориферов, сушилок при обогатительных фабриках. Данные технологии могут дополнять друг друга. С повышением надежности квитирования шахтного газа с концентрацией более 40 % можно вводить в работу и мини-ТЭС, финансирование которых может быть частично уже закрыто за счет ЕСВ от экологических факельных установок и котельных.

Заключение

Среди различных вариантов использования шахтного метана блочная установка позволяет добиваться максимальной финансовой отдачи, в то же время, обеспечивая шахту и близлежащие населенные пункты надежным источником электричества и тепла и снижая выбросы в атмосферу парникового газа.

В связи с принятием нового законодательства, регулирующего выбросы парниковых газов, во многих странах мира наблюдается значительный рост интереса к утилизации шахтного метана как одного из самых низкозатратных способов снижения вредных выбросов. Растущие цены на природный газ и энергоносители также повышают экономическую привлекательность подобных проектов.

В мировой электроэнергетике накоплен большой многолетний опыт в разработке, производстве, эксплуатации систем автономного и резервного электроснабжения на основе электростанций потребительской мощности (100-10000 кВт) с первичным поршневым двигателем, работающем на природном газе или пропане. Эти электростанции обладают замечательными особенностями: экологическая чистота, дешевизна электроэнергии, возможность использования получаемого при работе тепла, близость к потребителю, отсутствие необходимости в дорогостоящих ЛЭП и подстанциях. Эти электростанции легко перевозить и устанавливать. Станции мощностью до 1,5-2 Мвт устанавливаются в стандартном ISO контейнере .

Такие электростанции используются на буровых платформах и скважинах (работают на попутном газе), шахтах (работают на шахтном метане), очистных сооружениях (биогаз) как резервные, вспомогательные и основные источники электроэнергии в госпиталях, аэропортах, жилых массивах и пр.